Устройство и принцип работы рабочего эталона

Рабочий эталон является стационарным, непрерывно действующим в пределах цикла эксперимента, устройством для получения парогазовой смеси с заданной температурой точки росы по воде и углеводородам. Внешний вид эталона представлен на рис. 1.

Эталон предназначен:

· для получения парогазовой смеси с известными значениями точки росы по влаге и углеводородам с целью тестирования и поверки влагомеров различных типов (различных физических принципов действия);

· для проведения исследовательских работ по определению влияния примесей в газе (алифатических спиртов, гликолей и пр.) гигрометрами с самыми различными принципами измерения;

· проведения работ, связанных с отработкой новых методик измерения температуры точки росы по воде, углеводородам, льду, гидратам.

Рис. 1. Внешний вид экспериментального стенда.

Рабочая газовая смесь в эталоне готовится посредством насыщения газа водяными парами при известной температуре над жидкой или твердой фазами воды (льдом, гидратами). На рис. 2 приведена пневмомонтажная схема стенда.

Газ-носитель из баллона высокого давления через регулятор давления и фильтр тонкой очистки, при определенном давлении (в настояще время в диапазоне 0,1…10 МПа, – однако принципиально возможно использование стенда до давлений 15 МПа), поступает в линию подготовки газа требуемой влажности, в которой и воспроизводится требуемая температура точки росы газа по воде. После этого газ подается в линию насыщения газа примесями, где насыщается конденсируемыми углеводородами до необходимой температуры точки росы. В качестве газа носителя могут быть использованы любые газы (азот, воздух, метан, природный газ, инертные газы и др.).

Линия подготовки газа требуемой влажности состоит из трех термостатов 1, 2 и 3 (рис. 2).

В термостате 1 помещен сатуратор (насытитель), во втором и третьем сепараторы (осушители). Сначала газ подается в сатуратор, смонтированный в термостате 1, где насыщается парами воды до температуры точки росы, равной температуре в термостате 1. Принцип действия основан на насыщении газа водяными парами при определенном давлении и температуре. При этом относительная влажность газа равна 100%.

Газ, насыщенный парами воды из сатуратора поступает в низкотемпературный сепаратор, который помещен в термостат 2, где он вымораживается (осушается) до температуры точки росы по воде, равной температуре в термостате 2. Разность температур в сатураторе и сепараторе не превышает 3-5°С, при этом температура в термостате 1 всегда выше температуры в термостате 2.

Это необходимо для того, чтобы не было недостатка воды на этапе первичного сепарирования. Сепаратор представляет собой два сообщающихся проточных сосуда, обвитых змеевиком (см. рис. 3).

Рис. 3. Внешний вид сатуратора

Газ сначала поступает в змеевик, где приобретает температуру, установленную в термостате. Из змеевика газ поступает непосредственно в сосуды, выполняющие функцию сепараторов.

Термостаты 1 и 2 представляют собой термокамеры с блоком регулирования и стабилизации температуры. Точность воспроизведения необходимой влажности газа при малых расходах определяется точностью стабилизации температуры в термокамере.

Предварительно осушенный газ поступает в низкотемпературный сепаратор, помещенный аналогично первому в термостат 3 для точного осушения. Разность температур в сепараторах не должна превышать 3-5°С, при этом температура в термостате 2 обязательно должна быть выше температуры в термостате 3. Это необходимо для того, чтобы не было недостатка воды на этапе точного осушения.

В качестве термостата последней ступени (термостата 3) используется жидкостный охлаждающий циркулятор F33-MV фирмы Julabo (Германия), представленный на рис. 4 и имеющий следующие основные характеристики:

Рис. 4. Охлаждающий термостат - циркулятор фирмы Julabo (Германия)

В результате использования данного термостата точность воспроизведения необходимой влажности газа при малых расходах определяется стабильностью температуры циркулятора (на уровне 0,02°С).

Осушенный до необходимой температуры точки росы по воде газ поступает в линию насыщения газа примесями. Для насыщения осушенного газа конденсируемыми углеводородами используется сатуратор, помещенный в емкость с незамерзающей жидкостью (этанолом) другого термостата 4, выполненного на базе циркулятора F33-MV фирмы Julabo, где газ насыщается углеводородами до температуры точки росы, равной температуре в термостате. Насыщение исследуемого газа происходит за счет прохождения газа через слой углеводородной жидкости (примеси) и протекающих при этом массообменных процессов. Для избежания конденсации воды в сатураторе и последующем насыщении ей исследуемого газа температура насыщения углеводородами должна быть выше задаваемой температуры точки росы по воде не менее чем на 5°С.

Для насыщения осушенного газа (уже с заданными значениями точки росы по влаге и углеводородам) парами метанола (либо другого летучего органического соединения, например, этанола, изопропанола) используется буферная емкость из нержавеющей стали. Применение нержавеющей стали, позволяет предотвратить процессы сорбции влаги и метанола на внутренней (полированной) поверхности буферной емкости. Буферная ёмкость помещена в термостат 5 (см. рис. 2) для поддержания стабильной температуры буферной емкости.

Емкость продувается под давлением осушенным газом требуемой влажности, после чего перекрывается кран выхода газа, затем входной кран. В полученный замкнутый объем газа с известной влажностью с помощью микрошприца высокого давления вводится метанол. Объем вводимого метанола рассчитывается в зависимости от необходимой концентрации и давления газа в емкости. После полного испарения метанола внутри емкости газовая смесь через регулятор давления подается на вход измерительного средства, а затем вновь возвращается в буферную емкость. Таким образом, в эталоне создается полная имитация работы приборов-гигрометров при расходе газа через рабочую зону прибора под рабочим давлением.

Эталон оборудован системой запорной арматуры (Кр.1…Кр.14 на рис. 2), позволяющей комбинировать прохождением газовых потоков и их насыщением. Контроль давления, при котором происходит насыщение газа-носителя различными компонентами осуществляется системой манометров (М1…М5 на рис. 2). В результате на выходе получается парогазовая смесь с известным содержанием влаги, которая при необходимости может быть насыщена парами углеводородов или других технологических примесей.